面向現(xiàn)代造船條件的船體類模塊分段定義

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(武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，武漢 430063)

近年來(lái)，我國(guó)船舶工業(yè)發(fā)展迅速，2010年造船完工6 560萬(wàn)載重t，新接訂單7 523萬(wàn)載重t，手持訂單19 590萬(wàn)載重t，分別占世界市場(chǎng)的43%、54%、41%，均居世界第一，但是，交船期大都集中于未來(lái)2年，造船量相對(duì)較大，如何進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，優(yōu)質(zhì)地按期完工交船成為我國(guó)造船企業(yè)必須面對(duì)的問(wèn)題。部分船廠依靠增加設(shè)備起重能力、擴(kuò)大生產(chǎn)面積等措施實(shí)現(xiàn)按期完工。然而，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大不僅投資高，造成企業(yè)效益下降，而且機(jī)動(dòng)性差，難以在短期內(nèi)得以改善。為此，探討在不改變生產(chǎn)條件的前提下，通過(guò)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)船體類模塊分段建造工藝，擴(kuò)大自動(dòng)化設(shè)備的使用，最終實(shí)現(xiàn)提高造船效率。

1 模塊化造船模式研究概況

模塊化造船強(qiáng)調(diào)通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，可對(duì)船東需求做出快速反應(yīng)，其具有標(biāo)準(zhǔn)尺寸和標(biāo)準(zhǔn)件，且主要部件具有可選性的最終產(chǎn)品預(yù)制單元，符合提高效率、綠色制造的理念，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[1]。

由于模塊化造船實(shí)現(xiàn)的前提是船型標(biāo)準(zhǔn)化，需要船舶各級(jí)部件的尺寸、重量及其裝配工藝均達(dá)到系列化，所以目前無(wú)論是船舶設(shè)計(jì)工作，還是我國(guó)各大造船企業(yè)的生產(chǎn)情況都與這一要求存在很大差距。船舶沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化，相應(yīng)的船廠生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程也沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化，所以要形成完備的模塊化造船，條件并不成熟。

2 船體類模塊分段

面對(duì)上述制約模塊化造船的問(wèn)題，以模塊化制造思想為指導(dǎo)，對(duì)部分船舶分段進(jìn)行“類模塊化”設(shè)計(jì)，據(jù)2009年相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，油船、集裝箱船、散貨船這三大主力船型占全國(guó)當(dāng)年所造船舶總噸位85%以上，(見(jiàn)圖1)。2009年國(guó)內(nèi)造船企業(yè)按噸位分新接訂單中3萬(wàn)～5萬(wàn)t與5萬(wàn)～8萬(wàn)t船舶均為市場(chǎng)主力噸位船舶；加之平行中體部分在船舶空船重量中的比例也會(huì)隨船長(zhǎng)不斷加大而增加，所以，船體類模塊分段研究選擇5萬(wàn)t左右三大主力船型實(shí)船平行中體部分分段[2]。

圖1 2009年全國(guó)各船型完工量

類模塊分段的研究針對(duì)我國(guó)船舶標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度偏低的現(xiàn)狀，借鑒成組技術(shù)的相似性原理，將相似船型平行中體部分的分段通過(guò)采樣對(duì)比，分析其共性，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程。這些分段不再是單件生產(chǎn)，而是按固定標(biāo)準(zhǔn)的中間產(chǎn)品組織批量生產(chǎn)[3]，以期在分段制造過(guò)程中更合理地進(jìn)行專項(xiàng)任務(wù)分工，提高分段制造便易度和焊接變形控制度的專用胎架使用率，有效降低輔助材料消耗和返修工作量，由于類模塊分段屬于標(biāo)準(zhǔn)件，其標(biāo)準(zhǔn)的工藝規(guī)程易于工人熟練掌握，即產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率都會(huì)有所提高。

3 船體類模塊分段標(biāo)準(zhǔn)

3.1 結(jié)構(gòu)形式

船體類模塊分段要求分段的幾何特征具有較高的相似性，包括分段的尺寸大小、骨架形式、外板形狀等，其中，外板形狀可以在建造工藝相似的前提下有一定差異。

如圖2所示，對(duì)于雙層底舭部分段，相似船型的結(jié)構(gòu)形式和工藝流程差別不大，盡管舭部外板不完全一致，但是并不影響構(gòu)建船體類模塊分段，只要在建造過(guò)程中加以適當(dāng)修正系數(shù)，即可將其作為系列化分段進(jìn)行生產(chǎn)。

圖2 雙層底舭部分段

3.2 功能

分段功能相同。一些分段盡管幾何特征相似，但具有特定功能的結(jié)構(gòu)，如油船槽型艙壁，壁墩，散貨船貨艙內(nèi)舭部坡形設(shè)計(jì)等。這些結(jié)構(gòu)所造成的差異不僅是其自身，它們往往會(huì)影響分段上相鄰結(jié)構(gòu)布置，見(jiàn)圖3，油船貨艙內(nèi)壁墩的布置，需要雙層底內(nèi)有強(qiáng)縱桁和肋板支撐。

圖3 油船雙層底上的壁墩

3.3 建造標(biāo)準(zhǔn)的要求

船體類模塊分段要求分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)相同，這樣才能具有共同的生產(chǎn)設(shè)計(jì)方案。

3.3.1 施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1)間隙標(biāo)準(zhǔn)。

2)扇形孔、排水孔、通氣孔、人孔、透光孔等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2 零件字符編碼

1)零件標(biāo)識(shí)。

2)中間產(chǎn)品所需制造級(jí)的標(biāo)記。

3.3.3 施工指令符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)

1)分段名稱。

2)邊緣加工。

3)余量放置。

4)焊接工藝與參數(shù)。

3.3.4 加工和裝配工藝標(biāo)準(zhǔn)

1)各種焊接工藝的坡口加工。

2)各種焊接工藝的操作。

3)各種加工、裝配工藝的操作。

3.3.5 精度控制施行標(biāo)準(zhǔn)

1)加工和裝配過(guò)程中由焊接和因清除變形所造成的收縮率。

2)完工切割和合攏對(duì)接縫余量位置。

3)切割和裝配的質(zhì)量準(zhǔn)則。

4)標(biāo)準(zhǔn)范圍和公差極限。

3.3.6 安全標(biāo)準(zhǔn)

1)分段建造中的安全操作規(guī)則。

2)分段建造安全檢查項(xiàng)目清單。

3.4 工藝設(shè)備要求

船體類模塊分段要求分段具有統(tǒng)一的建造設(shè)備，從而形成標(biāo)準(zhǔn)化分段生產(chǎn)流水線，例如：胎架的選取需根據(jù)船型和分段結(jié)構(gòu)等因素來(lái)確定，軍品或精度要求高、批量大的民品宜選用剛性好的單板式胎架，一般產(chǎn)品、單船建造的分段可選用桁架式胎架，而型線曲率小的分段可用支點(diǎn)式胎架；又如，不同的平臺(tái)也適用于不同船型的分段，蜂窩平臺(tái)主要用于要求精度較高的船型分段，而型鋼平臺(tái)既可以用于拼板和裝焊平面分段，也可以作為胎架的基礎(chǔ)[4]。

3.5 工藝方法

船體類模塊分段具有標(biāo)準(zhǔn)化建造工藝流程，因此，對(duì)于裝配順序、焊接方法、正造或反造等的確定有賴于對(duì)造船企業(yè)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研了解。

3.6 舾裝件對(duì)接

盡管本文研究的船體類模塊分段主要指船體結(jié)構(gòu)模塊，但由于目前船舶建造中分(總)段的預(yù)舾裝程度不斷提高，不得不考慮其在船臺(tái)總裝時(shí)舾裝件的相似性，這樣才能保證船體類模塊分段具有一定的預(yù)舾裝度。

4 結(jié)論

1)船體類模塊分段實(shí)現(xiàn)后，可以利用分段的互換性，從降低施工難度、擴(kuò)大自動(dòng)化設(shè)備使用的途徑，形成標(biāo)準(zhǔn)工藝，達(dá)到提高造船效率的目的。

2)由于船體類模塊分段研究前提是針對(duì)一定的造船條件，所以標(biāo)準(zhǔn)工藝設(shè)計(jì)并沒(méi)有針對(duì)所有的造船水平，本文只是選取目前國(guó)內(nèi)較高水平為研究基礎(chǔ)；受客觀條件的限制，部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)截止至2009年，實(shí)效性有限，但一定程度上可反應(yīng)相關(guān)問(wèn)題。

3)通過(guò)今后進(jìn)一步深入研究，探討除油船、集裝箱船、散貨船以外其他船型對(duì)船體類模塊分段的適用性，以及嘗試對(duì)船舶進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，以期達(dá)到促進(jìn)模塊化造船實(shí)現(xiàn)的目的。

[1] 翁德偉.造船成組技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，1990.

[2] 郭大成,吳正剛.國(guó)防科技工業(yè)的模塊化制造與組織[J].國(guó)防科技工業(yè)，2008(1):45-47.

[3] 楊國(guó)兵，甘志霞，王佳寧.模塊化、模塊化網(wǎng)絡(luò)與模塊化造船的研究綜述[J].造船技術(shù)，2008(1)：1-3.

[4] 謝 新.船舶制造工藝裝備的發(fā)展與創(chuàng)新[J].造船技術(shù)，2007(6):1-3.